基于ZigBee 的嵌入式小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的研究

【文章摘要】

隨著人們生活水平的提高，居民對(duì)住宅要求也有了新的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是居民密切關(guān)注的小區(qū)安全問題，信息技術(shù)的出現(xiàn)與不斷更新恰好為此提供了便利。目前大多數(shù)小區(qū)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)控，保障了小區(qū)的安全穩(wěn)定。因此，本研究主要對(duì)基于ZigBee 的嵌入式小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析，本系統(tǒng)由家庭子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和總監(jiān)控系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)小區(qū)住戶及小區(qū)內(nèi)環(huán)境的全方位監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】

ZigBee; 嵌入式; 小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

根據(jù)當(dāng)前小區(qū)組網(wǎng)與控制系統(tǒng)特點(diǎn)， 本研究提出了基于ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)以及ARM 嵌入式平臺(tái)的小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)主要由三部分組成，即家庭子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和總監(jiān)控系統(tǒng)，其中，家庭子系統(tǒng)的功能是通過采集住戶家中溫度、氣體濃度等信息來獲得住戶家中的數(shù)據(jù)信息，一旦住戶家中環(huán)境出現(xiàn)不正常現(xiàn)象，該系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)向發(fā)出報(bào)警信息，并可以直接傳輸?shù)娇偙O(jiān)控系統(tǒng)，以便相關(guān)管理人員及時(shí)采取措施解決家中安全問題。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)則主要是對(duì)小區(qū)內(nèi)各個(gè)角落的攝像頭采集信息進(jìn)行處理，并發(fā)送到總監(jiān)控系統(tǒng)，以便管理人員及時(shí)了解小區(qū)環(huán)境安全情況。總監(jiān)控系統(tǒng)需要收集、處理與存儲(chǔ)家庭子系統(tǒng)與視頻監(jiān)控子系統(tǒng)傳輸?shù)母鞣N信息，并及時(shí)通知相關(guān)人員對(duì)各種異常情況進(jìn)行處理。

此外，用戶也可以通過手機(jī)終端或者是PC 端，借助Internet 網(wǎng)訪問嵌入式Web 服務(wù)器BOA, 嵌入式Web 服務(wù)器根據(jù)客戶發(fā)送的Web 請(qǐng)求, 運(yùn)行與Web 請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的CGI 腳本, 通過CGI 來發(fā)送串口數(shù)據(jù)包給Atmegal28 單片機(jī)來控制各種設(shè)備，同時(shí)ARM 通過串口向ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器發(fā)送交互指令, 獲取ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)(Node) 采集到的環(huán)境參數(shù)。圖1 為本系統(tǒng)具體的實(shí)現(xiàn)方案。

作為一個(gè)嵌入式系統(tǒng),ARM 處理器是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心現(xiàn)在市場(chǎng)上ARM 處理器的種類繁多, 本研究經(jīng)比較選擇一款高性能、低成本的ARM 處理器-- 三星S5PV210 作為嵌入式微處理器。目前最流行的嵌入式操作系統(tǒng)包括嵌入式Linux、Windows CE 等，本設(shè)計(jì)結(jié)合他們?cè)谠创�碼開放性、資源與開發(fā)工具靈活性等方面的優(yōu)勢(shì)選擇Linux 嵌入式系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)是在嵌入式Linux 平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的WEB 服務(wù)器的功能, 結(jié)合HTML 網(wǎng)頁語言、java script 腳本動(dòng)態(tài)獲取嵌入式WEB 服務(wù)器對(duì)客戶端瀏覽器請(qǐng)求的相應(yīng)數(shù)據(jù)和通用網(wǎng)關(guān)界面CGI, 實(shí)現(xiàn)用戶身份驗(yàn)證、遠(yuǎn)程控制室內(nèi)的各種設(shè)備以及查看ZigBee 傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的環(huán)境參數(shù)。GSM/GPRS 模塊, 通過USB 轉(zhuǎn)串口與ARM 通信, 當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)異常情況時(shí),ARM 發(fā)送AT 指令控制模塊撥打電話或者發(fā)送信息給用戶, 提醒用戶及時(shí)查看和處理室內(nèi)的危險(xiǎn)情況。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用了新興的ZigBee 技術(shù), 每個(gè)ZigBee 模塊節(jié)點(diǎn)都可以采集到環(huán)境參數(shù), 包括溫濕度、煙霧濃度、光照強(qiáng)度及人體紅外檢測(cè), 節(jié)點(diǎn)通過ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn), 協(xié)調(diào)器通過USB 轉(zhuǎn)串口把傳感器采樣到數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM 開發(fā)板, 實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。低成本、低功耗的ZigBee 無線技術(shù)與ARM 嵌入式結(jié)合, 不僅自組網(wǎng)方便快捷, 而且很容易與Internet 連接, 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,Linux 嵌入式處理與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合。

2 系統(tǒng)硬件

2.1 家庭子系統(tǒng)

家庭子系統(tǒng)主要由傳感網(wǎng)絡(luò)和ARM 服務(wù)器兩部分組成，傳感網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的交互需要利用無線網(wǎng)絡(luò)，匯聚節(jié)點(diǎn)與ARM 服務(wù)器利用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，ARM 服務(wù)器與主控端之間的通信是在利用網(wǎng)口接入局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。這樣設(shè)計(jì)使節(jié)點(diǎn)的能耗較低，而傳感器與處理器所耗能量也相對(duì)較少， 從而最終減少了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中的能耗。

2.2 攝像子系統(tǒng)

攝像子系統(tǒng)主要由CortexTM-A8 處理器三星S5PV210 和多個(gè)CCD 攝像頭組成， 攝像子系統(tǒng)的功能就是對(duì)小區(qū)內(nèi)的公共設(shè)施及各個(gè)活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行全方位監(jiān)控，信息的采集過程主要利用了CCD 攝像頭，信息采集之后，通過ARM 平臺(tái)處理，便可以在網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上將其傳送到PC 主控端。

3 系統(tǒng)軟件

本文中的系統(tǒng)是基于局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在PC 主控機(jī)端設(shè)計(jì)WEB 頁面， 用于執(zhí)行操作和進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，主控端數(shù)據(jù)主要來源于家庭子系統(tǒng)和攝像子系統(tǒng)，并部署嵌入式WEB 服務(wù)器BOA，實(shí)現(xiàn)PC 頁面的數(shù)據(jù)交互。

3.1 家庭子系統(tǒng)軟件架構(gòu)

家庭子系統(tǒng)采用linux 操作系統(tǒng)作為軟件的運(yùn)行平臺(tái)，其功能主要是監(jiān)控住戶的家庭環(huán)境，當(dāng)住戶家庭環(huán)境出現(xiàn)意外時(shí)，它可以自動(dòng)報(bào)警。linux 在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域具有較強(qiáng)的系統(tǒng)裁剪性，可以更好的適應(yīng)嵌入式設(shè)備的內(nèi)存限制，具備實(shí)時(shí)性、可靠性與穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 攝像子系統(tǒng)軟件架構(gòu)

攝像子系統(tǒng)采用CCD 攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，在ARM 平臺(tái)上移植linux 操作系統(tǒng)作為軟件的運(yùn)行平臺(tái)，移植BOA 作為嵌入式Web 服務(wù)器，移植spcaLserv 作為流媒體服務(wù)器，最終采集的視頻信息是通過流媒體服務(wù)器和BOA 傳輸?shù)?span>PC 的主控系統(tǒng)的，其需要實(shí)現(xiàn)的主要功能就是對(duì)小區(qū)內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展, 現(xiàn)代人類已經(jīng)無法滿足于傳統(tǒng)的家居生活方式, 尤其是在無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展過程中, 更多的智能化系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了小區(qū)環(huán)境和設(shè)備的監(jiān)控。因此，本研究主要設(shè)計(jì)了基于ZigBee 的嵌入式小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案及軟硬件設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)分析，搭建了Linux 環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境, 完成嵌入式Web 服務(wù)器和嵌入式視頻服務(wù)器的移植, 實(shí)現(xiàn)了Linux 嵌入式處理與無線傳感器ZigBee 技術(shù)的完美結(jié)合。

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